海水環境對再生混凝土抗壓性能影響的研究

李香斌 陳昌世 黃 瑤

（桂林理工大學博文管理學院， 廣西 桂林 541000）

0 引言

混凝土材料的壽命縮短和結構退化最主要的原因在于外部的侵蝕環境。再生混凝土方面，最關鍵的是在海水環境下會對再生混凝土產生的影響，因此國內外的這方面的許多專家學者對這一課題結合實際情況展開了分析。其中，學者張學兵[1]指出，再生混凝土的主要受到水膠比和水泥的強度等參數的影響。專家Mandal[2]在深入研究之后，得出的結論是，與普通混凝土相比，再生混凝土的抗壓強度在水膠比過高與過低的時候都會明顯偏低。很多學者都選擇在標準養護的條件下，圍繞再生混凝土的發展情況展開分析，目前很少有學者開始對海水侵蝕環境中的混凝土的抗壓強度展開研究，相關的文獻資料比較少。本文分別對多種再生的混凝土的試件進行模擬，假設混凝土的試件正在海水腐蝕的背景下，本文利用加速腐蝕與浸烘循環等方式展開測試，觀察再生混凝土在不同腐蝕條件下抗壓強度的差異，觀察和研究取代率與粉煤灰摻量等指標對再生混凝土的抗壓強度的具體作用，并且探討抗壓強度與膠水比這兩大指標之間的具體聯系，為學者們對處于海洋環境中再生混凝土的耐久性研究提供借鑒和參考。

1 試驗

1.1 原材料

本文所研究的混凝土的試塊設計的標準強度等級是C25 的，強度保證率為95%，施工時采用機械振搗，要求坍落度為30～45mm。試設計該混凝土的配合比。所以原材料的種類的性質為：水泥品種：粉煤灰硅酸鹽水泥和普通的硅酸鹽水泥、密度為3.10g/cm3；本文選擇中砂為主要的砂種類，2.6 是其細度模數，表觀密度2.65g/cm3，含水率：20%；石子種類：碎石，最大粒徑40 mm，表觀密度2.7g/cm3，含水率22%，以50%的替代率用混凝土碎骨料來替代；人工海水成分[3]: 本文為了可以在最短的時間內完成實驗，配制侵蝕液的時候，利用人工的方式，對海水中所蘊含的所有化學成分進行模擬，配制出用于實驗的人工海水。人工海水中各種鹽含量見表1

表 1 人工海水的配制的主要成分

人工海水的配制方式如下: 通過對相關文獻資料的分析，可以發現配置的過程如下：將碳酸鈣和氯化鈉放入自來水中，將其靜置一整晚，等到這些化學物質全部溶解于水中之后，再加入硫酸鎂和氯化鎂，充分攪拌均勻就可以投入使用。此外，在對液體進行浸—烘循環的過程中，所配置的侵蝕液的濃度是不斷變化的，需要實驗人員定期對溶液進行更換。

1.2 混凝土配合比設計的步驟

根據混凝土上述配合比設計及原材料，用體積法計算出混凝土的初步配合比。嚴格按照初步計算得出的配合比，對各個原料進行稱取，攪拌均勻后，對坍落度進行測算，根據測試和觀察情況調整和易性，直至滿足和易性要求為止，由此得出基準配合比。在調整和易性的同時，準備好三個試模，用機油涂抹內側，稱出三個試模的質量，嚴格按照以上步驟，可以對混凝土的拌合物的具體密度進行測算。

在基準配合比的基礎上，選擇三個不同的配合比進行強度檢驗，其中一個為基準配合比，另外兩個配合比的水膠比為基準配合比的水膠比（±0.05），按三個配合比配制出三組試件，在標準的養護環境下，需要在滿足28 天之后，對其開展抗壓強度的試驗。根據試驗數據，用作圖法確定與配制強度相應的水膠比，最后確定實驗室配合比，養護時間少于28 天，可用經驗公式將測得的強度值換算成28天強度值。

1.3 混凝土的配合比

混凝土的耐久功能主要體現在抗滲性方面。混凝土的抗滲性能最關鍵的影響因素是水灰比[4][5]與水泥用量。本文分別在不同的水泥用量和水灰比的具體條件下，測試混凝土的抗侵蝕性，以下是具體的方案: （1）為對水灰比不同的混凝土進行配制，需要分別利用粉煤灰硅酸鹽和普通硅酸鹽水泥；（2）只選擇硅酸鹽水泥進行配置，保持0.5 的水灰比，粗細骨料含量不變，分別對不同水泥用量的混凝土試件進行配置，盡量實現多元化，以下表格中的粗骨料用50%的混凝土碎料替代。

表 2 方案1 的配合比

表 3 方案2 的配合比

1.4 試驗方法

實驗室和現場實驗法是圍繞混凝土受鹽侵蝕程度進行試驗的主要方式。雖然現場試驗法可以得到比較準確的結果，但是存在周期過長的缺點，無法在較短的時間內獲得結果。因此，本文利用實驗室試驗法，嚴格按照不同的水灰比，對混凝土小試件進行配置，在標準養護室中，養護所配置好的試件，用經驗公式將測得的強度值換算成28 天強度值。在28 天之后，需要對其展開浸—烘循環的處理。本文為了避免實驗結果出現較強的離散型，在自來水和人工海水中分別浸泡循環試件，八小時之后，在八十攝氏度的條件下對其進行烘干處理，一個循環是十六小時。在這一階段內，需要定時對試件的吸水率和重量損失進行測算，同時也需要定時對試件的抗壓強度進行檢驗。

1.4.1 試塊抗壓強度檢測步驟

將試件從溶液中取出之后，需要先把其表面擦干，測量試件的尺寸并且進行記錄。此時需要注意，試件的尺寸的精確度需要達到lmm 范圍內，根據這一數據對其承壓面積值進行計算。在這一過程中，參與實驗的試件不可以出現缺損情況，0.05%是承壓面的不平度的限度。

在試驗機下面的壓板上放置試件，此時需要注意保證試件的承壓面與頂面保持垂直。然后可以將試驗機啟動，當試件和壓板越來越靠近的時候，需要對球座及時調整，保證二者接觸面積處于均衡狀態。

在對試驗機加壓時，需要注意用力均勻。以下是加荷速度的確定方法；當混凝土強度不超過C30 的時候，選擇0.3—0.5MPa／s 作為加荷速度；當試件快破損時，需要對試驗機的油門及時調整，對試件的破壞荷載(F)進行記錄。

1.5 試驗數據處理

按照對應的公式來計算混凝土的立方體抗壓強度：fcu=F/A；式中 F—破壞荷載，N；A—受壓面積，mm2。

該組試件的抗壓強度值的計算依賴于對本組實驗中所有的試件測定值的算術平均值的計算。當這些測定值中的差值超過對應的限度，需要去掉最大值和最小值，該組試件的抗壓強度值就是其中間值。如果所有差值都超出了對應的范圍，那么就意味著本次實驗是無效的。

2 實驗結果與分析

2.1 再生混凝土抗壓強度受水灰比的影響程度

s 本文所研究的再生混凝土抗壓強度在水灰比變化情況下的變化曲線圖示，由下圖1 可知，再生混凝土的水灰比不超過0.5 時，再生細骨料對再生混凝土的7,14,28d抗壓強度影響不大，在水灰比提高的過程中，再生混凝土的抗壓強度也隨之不斷增加。據研究可知，再生的細骨料中存在沒有被水化過的水泥的顆粒物，在對混凝土的養護過程中，這些顆粒會持續進行水化，也就對再生混凝土的水泥用量有所增加，可以在一定程度對再生混凝土的抗壓強度起到增強作用；此外，再生細骨料具有比較高的吸水率，表面極為粗糙，在水泥的水化過程中，會對水泥漿和再生細骨料的面積有所增加，在水泥水化過程中，較高的吸水率會降低水灰比，對于再生細骨料和水泥漿的性能起到積極作用，在很大程度上可以對本文所研究的再生混凝土的抗壓強度發揮積極作用。據研究可知，再生細骨料的主要成分包括砂漿顆粒，與天然細骨料相比，砂漿的強度明顯較小，阻礙了其抗壓強度的提升。

圖 1 再生混凝土的抗壓強度受水灰比的影響

圖 2 再生混凝土抗壓強度標準差受到齡期的影響

在不同的水灰比下，齡期不斷增加，會導致再生混凝土的σ值發生對應的變化。由上圖可知，齡期與再生混凝土的σ值呈正相關。在7 小時的時候，與普通混凝土進行比較，可以發現再生混凝土的數值明顯較小。在28 小時后，再生混凝土的對應數值明顯更高，甚至會繼續呈現增長趨勢。

2.2 再生混凝土抗壓強度在海水侵蝕環境下的變化情況

圖 3 混凝土抗壓強度—循環次數關系曲線

由上圖可知，在循環次數不斷增加的過程中，兩種水泥的混凝土試件抗壓強度基本吻合，在侵蝕循環處于初級階段時，水泥混凝土試件的抗壓強度也隨之得到持續增長。當循環次數達到峰值，混凝土的抗壓強度呈現下降趨勢。與普通硅酸鹽水泥混凝土相比，粉煤灰硅酸鹽水泥混凝土的抗壓強度的變化幅度明顯更小。通過對水灰比的研究，可以發現在混凝土試件的循環起步階段，水灰比的不斷發展變化，也會導致本文所研究的混凝土的試件的抗壓強度發生對應的改變。與此同時，在強度的增長階段，二者的結束時間也存在差異。在水灰比較大的條件下，混凝土強度出現明顯增長，反之，增長幅度比較小。與普通的混凝土相較而言，再生混凝土的抗侵蝕程度更高，在腐蝕時間不斷延長的過程中，再生混凝土的水膠比與抗壓強度之間的線性關系慢慢變弱。

3 結論

（1）混凝土的耐久性的提高依賴于水膠比的降低。在一致的條件下，與普通混凝土進行相比較，水膠比較低的再生混凝土的耐久性明顯較好。

（2）在對再生混凝土的強度進行分析和實驗過程中，需要在配比設計再生混凝土的水膠比時，注意比例要低于0.45。

（3）在延長海水腐蝕環境的背景下，如果加入粉煤灰，可以提高其結構的耐久性，同時也會對再生混凝土的壽命有所延長。